机载激光雷达数据获取规范讲义
激光雷达 数据采集原理
激光雷达的数据采集原理主要基于激光测距技术。
激光雷达是一种利用激光进行测距的设备，通过发射激光束，并接收由目标物体反射回来的激光信号，可以计算出激光信号从发射到接收的时间，从而推算出目标的距离。
激光雷达通常被用于感知周围环境中的物体，包括但不限于车辆、行人和其他障碍物。
数据采集的过程主要涉及以下几个步骤：1. 硬件准备：激光雷达设备通常包括一个或多个激光发射器和一个接收器阵列。
这些设备被安装在车辆或其他移动设备上，以便能够覆盖周围环境。
2. 发射激光：激光雷达设备发射激光脉冲，这些脉冲被发送到周围环境中的物体上。
3. 反射回的信号接收：当激光脉冲遇到目标物体时，它会反弹回来，被激光雷达设备的接收器接收。
4. 数据处理：接收器将接收到的信号发送到数据处理系统，该系统会测量激光脉冲从发射到接收的时间，并据此计算出目标的距离。
此外，激光雷达通常还提供其他信息，如目标的方位角、俯仰角和速度等。
5. 传输和存储：数据处理系统将收集到的数据传输到存储设备中，以便后续分析和使用。
激光雷达的数据采集原理具有一些关键优势。
首先，激光雷达的精度非常高，能够提供厘米级的距离测量结果。
其次，由于其工作原理是基于激光脉冲的反射，因此对环境的适应性较强，可以在各种天气和光照条件下工作。
此外，激光雷达还可以同时检测多个目标，并区分不同的物体，这对于自动驾驶等应用非常重要。
然而，激光雷达也存在一些限制。
例如，由于其工作原理是基于激光，因此可能会对人的眼睛造成伤害，需要在安全的环境下使用。
此外，激光雷达的成本相对较高，且在某些应用场景下（如低空飞行器）可能受到激光束发散的限制。
因此，在选择使用激光雷达时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。
激光雷达遥感 2讲 机载激光雷达数据处理方法
h h估 h测 0.19米
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
三维离散点的拟合
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
离散点拟合二维直线
建筑物模型生成（建模）
建筑物模型生成的任务是提取矢量化的建筑物 模型。
建筑物模型生成的主要任务
屋顶面的提取： 屋顶面是建筑物模型提取的一个重要部分，几
乎所有的建筑物模型生成的研究都集中于屋顶模型 的生成。
基于LiDAR数据的建筑物提取方法：
基于点云不变矩的方法
基于三角网的方法
自适应迭代的DSM影像分割方法
有以下几种分割方法：
利用二维GIS信息，即利用已有的图形数据， 辅助建筑物的提取；但需要注意实际的屋顶面常 常比图形数据所显示的面积要大。
在数据密度足够大，地面起伏不大的情况下， 可采取局部极值检测方法，并以极值点为中心进 行局部直方图分析，得到合理的阈值，实现房屋 点的提取和房屋边界的检测。
从影像中识别和提取建筑物大致包括以下五个方 面的内容：
（1）建筑物的定位和检测（Building Detection）
从图像中将建筑物与其它地物类别分离，并确定其位置
（2）建筑物的表征和描述（Building Representation and Description）
采用某种表示方法表述检测出的建筑物，常用的方法包括 几何形状模型、高程模型等。
依据实际地形可以判断回波波形数据的低谷 为池塘反射的波形数据，而反射强度较高的 地方为屋顶水泥面。从波形图可以看出低谷 位于60ns处，高峰位于190ns
机载激光雷达数据处理技术的最佳实践
机载激光雷达数据处理技术的最佳实践机载激光雷达（LiDAR）是一种先进的遥感技术，可以快速获取高精度的地理空间数据，被广泛应用于地质勘探、环境监测、城市规划等领域。
然而，机载激光雷达数据的处理对于获取高质量的地理信息至关重要。
本文将介绍机载激光雷达数据处理的最佳实践，从数据获取到点云处理以及数据应用，探讨如何提高数据处理的效率和精度。
一、数据获取与校正机载激光雷达通过发射激光束并测量其返回的时间来获取地面点云信息。
在数据获取前，需要进行准确的传感器定标和位置定位。
传感器定标包括激光器定标、接收器定标和扫描平面定标，可通过专用设备和标定板进行。
而位置定位则可通过全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）和地面控制点（GCP）进行。
二、点云数据处理1.数据预处理由于机载激光雷达数据量庞大，预处理是提高数据处理效率的重要一步。
首先，需要进行数据格式的转换和滤波处理，去除噪声和杂散点。
其次，对于点云的分类、去除地物和异常点等，可以应用机器学习和深度学习算法，提高自动化处理的效果。
2.数据配准与融合机载激光雷达在不同时间、高度和位置采集的数据需要进行配准和融合，以便构建更完整的地理信息模型。
传统的配准方法包括特征点匹配和最小二乘拟合等，而随着研究的深入，也出现了基于特征描述子和深度学习的方法。
3.地物提取与分类机载激光雷达数据处理的一个重要任务是提取地物信息，并进行分类。
地物提取主要包括地面提取和非地面提取。
地面提取可通过高度阈值或分割算法实现，而非地面点云则可以进行聚类和特征提取，进而进行分类。
4.地理信息模型构建机载激光雷达数据处理的最终目标是构建精确的地理信息模型。
地理信息模型包括数字地面模型（DEM）、数字地面高程模型（DSM）和三维建筑物模型等。
通过数据处理和算法优化，可以精确提取地物的形状、高度和纹理等属性，为后续应用提供基础数据。
三、数据应用机载激光雷达数据处理后，可以应用于各个领域，为决策和规划提供有力支持。
测绘技术中的车载激光雷达原理与数据处理方法详解
测绘技术中的车载激光雷达原理与数据处理方法详解车载激光雷达（Mobile LiDAR）作为一种新兴的测绘技术，以其高精度、高效率的特点，在地理信息、城市规划、交通管理等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍车载激光雷达的原理以及相关的数据处理方法。
一、激光雷达原理激光雷达利用激光束对目标进行扫描，通过测量激光束的往返时间和方向来获取目标的三维坐标信息。
车载激光雷达由激光器、接收器、扫描镜头和数据处理系统等部件组成。
1. 激光器：激光器产生高能量的激光束，通常采用固态激光器或半导体激光器。
2. 接收器：接收器接收激光束反射回来的信号，通常采用高灵敏度的光电探测器。
3. 扫描镜头：扫描镜头通过旋转或振动将激光束聚焦在不同方向上，实现对目标的全面扫描。
4. 数据处理系统：数据处理系统将接收到的激光点云数据进行坐标转换、滤波、配准等处理，生成三维点云模型。
二、数据处理方法车载激光雷达获取的点云数据量庞大，如何高效地处理这些数据成为了一个关键问题。
以下介绍几种常见的数据处理方法。
1. 数据滤波：由于车载激光雷达工作环境复杂，可能受到树木、电线等干扰，导致点云数据中存在噪点。
常用的数据滤波方法有高度阈值滤波、曲率滤波等，可以去除噪点，提高数据的精度和稳定性。
2. 地面提取：在车载激光雷达的应用中，往往需要提取地面信息，例如用于数字地图、道路设计等。
地面提取方法通常利用点云数据的高度信息，结合地形特征进行分析，通过平面拟合或者分割算法提取地面点。
3. 物体识别：车载激光雷达可以对道路上的物体进行自动识别，例如车辆、行人等。
物体识别方法往往基于机器学习或深度学习技术，通过对点云数据进行特征提取和分类，实现对不同物体的准确识别和定位。
4. 三维重建：车载激光雷达可以将获取的点云数据进行三维重建，生成真实世界的模型。
三维重建方法通常利用基于体素的体素网格分割算法，在处理大规模点云数据时具有较高的效率和精度。
5. 室内定位：车载激光雷达不仅可以在室外环境中使用，也可以应用于室内定位。
激光遥感 第4讲 LiDAR数据获取重要参数
第四讲机载LiDAR数据获取重要参数主要内容LiDAR数据获取重要参数——与LiDAR系统性能、数据质量相关的参数关系式或计算公式；——是进行激光遥感系统选择及航线设计的重要依据！⏹（1）瞬时视场角⏹（2）视场角⏹（3）脉冲频率⏹（4）扫描频率⏹（5）垂直分辨率⏹（6）最大飞行高度（最大量测距离）⏹（7）最小飞行高度⏹（8）激光脚点光斑的特性（9）扫描带宽（10）每条扫描带上的激光脚点数（11）激光脚点间距（12）必须航线数（13）实际量测面积（14）激光脚点密度（15）发射及接收激光束间隔内的飞行距离参数类型又称激光发散角，是指激光束发射时其发散的角度。
瞬时视场角的大小取决于激光的衍射（diffraction），是发射孔径D和激光波长λ的函数。
瞬时视场角（instantaneous field of view ，IFOV ）DIFOV λ44.2=由上式，可以计算得到IFOV =0.026 mrad 。
瞬时视场角的单位一般为毫弧（mrad ），Leica ALS50II 的瞬时视场角为0.22/0.15 毫弧。
nm1064=λcmD 10=算例：视场角（Field Of View，FOV）激光束的扫描角，指激光束通过扫描装置所能达到的最大角度范围。
早期LiDAR系统的扫描角一般较小，大约在30度，目前比较先进的LiDAR系统的扫描角都在60度-75度左右，基本能够达到航摄像机的视场角度范围。
脉冲频率单位时间内激光器所能够发射的激光束数量。
并不是脉冲频率越大越好，过于密集的激光脚点会带来大量的冗余数据，影响数据处理的效率和效果。
扫描频率扫描频率指线扫描方式，每秒钟所扫描的行数，即扫描镜每秒钟摆动的周期。
很明显，扫描频率越大，每秒钟的扫描线就越多扫描频率小扫描频率大脉冲通过的路径上所能够区分不同目标间的最小距离。
垂直分辨率若脉冲宽度为10ns ，则在一个脉冲宽度内，不同目标距离至少为1.5m ，其回波能量才可能经接收器检出，并区别开来。
LIDAR测量数据获取和处理研究
LIDAR测量数据获取和处理研究摘要:机载激光雷达系统(Light Detection And Ranging,简称LIDAR) 集成了激光扫描仪、全球定位系统(GPS)、高精度惯导系统(IMU)、数码相机,具有同时采集三维地形数据和数字影像的能力。
本文以北京市密云县1∶500比例尺地形测量为例,详细介绍了LIDAR 的基本原理、地面三维数据的获取和处理方法,以及数据成果的检测。
关键词:LIDAR POS GPS IMU DTM DSM机载激光雷达系统(Light Detection And Ranging,简称LIDAR),也叫机载激光雷达,是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统,它集成了激光扫描仪、差分GPS系统、IMU(Inertial Measurement Unit,惯性量测单元,用以量测飞机平台的飞行姿态)、数码相机。
在动态载波相位差分GPS系统和IMU的支持下,激光扫描系统通过激光扫描器和距离传感器,经由微计算机对测量资料进行内部处理,显示或存储、输出距离和角度等资料,并与距离传感器获取的数据相匹配,经过相应软件进行一系列处理来获取被测目标的表面形态和三维坐标数据,从而进行各种量算或建立立体模型。
在过去10年,机载LIDAR作为精确、快速的获取地面三维数据的工具已经得到广泛的认同。
至2004年全球已经有超过30类不同型号的激光扫描系统投放市场。
加拿大Optech公司生产的ALTM和SHOALS、美国Leica公司的ALS50、瑞典的TopoEye AB公司生产的TopEye、德国IGI公司的LiteMapper、法国Toposys公司的Falcon Ⅱ等是当前较成熟的商业系统。
本文以北京市密云县1:500比例尺地形测量为例,主要介绍机载LIDAR基本原理、地面三维数据的获取和处理方法,以及数据的应用。
1 LIDAR数据获取的基本原理当机载LIDAR航摄飞行时,激光扫描仪发射、接收激光束,对地面进行线状扫描,与此同时,动态GPS系统确定传感器的空间位置(经纬度),IMU测量飞机的实时姿态数据,即滚动、仰俯和航偏角。
机载激光雷达李德仁ppt课件
武汉大学 李德仁 院士 2010年7月23日, 青岛
主要内容
一、机载LiDAR原理,技术与应用 二、机载LiDAR与光学影像的联合处理 三、基于光学成像和激光雷达技术的移动
测量系统 四、地面LiDAR及在文物保护中的应用 五、结束语
一、机载LiDAR原理
激光回波测距原理
2nd 返回 从树枝
3rd返回
从地面
机载LiDAR多次回波信息-房屋
1st 返回
从房顶
1st (仅一次) 从地面返回
2nd 返回 从房檐
3rd返回
从地面
传统遥感传感器是地表的二维成像
全数字波形分析概念
离散回波记录
连续波回波记录
机载LiDAR分类
激光雷达
针对大气应用：大气圈层结构 航空测绘应用：地形测量 地面激光雷达：近地面三维建模
• 噪声
– 系统误差 – 高的及低的局外点(粗差) – 空洞
机载LiDAR数据精度影响因素
• LiDAR获得的水平和垂直精度和众多因素有关，主 要的有内外两种因素：
➢ GPS＋IMU（POS）系统和激光系统本身都有自 身的精度限制，此为内因。
➢ 外因主要与航线设计、飞行条件、大气条件、地 形起伏因素和植被覆盖有关。
在测绘领域中，所谈的机载激光雷达大部分指用于地形测绘用的机载 激光雷达系统
• 事实上，机载LiDAR系统有陆地和海洋之分。海洋LiDAR是为了测量 海底地形而研制的，主要为国外的军方使用，我们通常说的机载 LiDAR主要操作于陆地上，为获取陆地DEM数据而研制的。
• LIDAR系统的操作平台主要为飞机。一般航摄飞机、直升机都可以搭 载LIDAR。美国NASA开始在卫星上搭载LiDAR，他们发射的ICEsat 卫星上就有LiDAR系统。
机载激光雷达数据制作技术规程
机载激光雷达数据制作技术规程1. 引言1.1 背景介绍机载激光雷达是一种先进的遥感技术，通过搭载在飞行器或卫星上的激光雷达设备，可以对地表进行高精度三维测绘。
随着航空航天技术的不断发展，机载激光雷达在地质勘探、地形测绘、城市规划等领域有着广泛的应用。
在遥感领域，激光雷达技术的应用越来越普遍，但是其数据处理和制作技术依然是一个重要的研究方向。
在这个背景下，本文将围绕机载激光雷达数据的获取、处理、制作等方面展开研究，旨在总结相关技术规程，提高数据处理效率和数据质量，推动激光雷达技术的应用与发展。
1.2 研究目的1. 系统总结机载激光雷达数据获取、处理和制作过程中的关键技术和方法，建立标准化的操作流程，提高数据质量和准确性；2. 探索数据处理流程和制作方法中存在的问题和挑战，寻求相应的解决方案，提升技术水平和应用效果；3. 推动机载激光雷达数据制作技术的创新和进步，为相关领域的应用提供更加可靠、高效的支持，助力科学研究和生产实践的发展。
1.3 研究意义机载激光雷达数据制作技术在遥感领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。
其研究意义主要体现在以下几个方面：机载激光雷达技术在地理信息领域具有广泛的应用，可以实现高精度的地形测量和地物识别。
通过对机载激光雷达数据进行有效的处理和制作，可以为城市规划、土地利用、资源调查等领域提供重要的数据支持。
机载激光雷达数据制作技术对于环境监测和灾害预警具有重要意义。
利用机载激光雷达数据获取的三维地理信息，可以有效监测城市环境的变化，及时预警地质灾害等自然灾害，为相关部门提供决策支持。
机载激光雷达数据制作技术在国防领域也具有重要作用。
可以利用机载激光雷达数据获取的高分辨率地理信息进行军事目标识别和态势分析，提高军事作战效率和战略规划能力。
研究机载激光雷达数据制作技术具有重要的意义，不仅可以推动地理信息领域的发展，还可以为环境监测、国防安全等领域提供技术支持，具有广泛的应用前景和社会意义。
激光雷达遥感 1讲 机载激光雷达组成与数据处理流程
激光雷达制造参数
无人驾驶成为技术新风口
/2017-12/ART-810128500-30181035.html
目前LiDAR系统的状况：
1. 绝大部分硬件技术已经解决 2. 系统集成也基本完成 3. 数据处理落后，急需发展
数据处理主要的问题：
与设备相关的数据处理 ➢ 设备激光信号处理 ➢ 设备标校与预处理
窗口和滤波阈值大小的选取
窗口小，就可能将一些大房屋顶点保留下来；窗口 太大则会将地表面“平滑”，使微小的地形变化部 分被滤除。
阈值太大，会将一些植被点作为地面点保留下来； 阈值太小，可能将真实的较小的地形突变点去掉
窗口和阈值大小与实际地形地貌密切相关。不同的 地域，如平原、丘陵、山地，应该有不同的参量 。
基于多分辨率方向预测的点云滤波方法
线性预测法
若相邻两点距离比较近，而且二者的高程相差较 小，则认为这两点为同一类型点的可能性比较大； 否则较高点为地物点的可能性比较大。当然随着 两点之间的距离的加大，较高点为地物点的可能 性也随之减小
假设集合 S 为原始LiDAR点云，则地面点集合 ST 可以表示为：
授课目标
激光雷达的用途 激光雷达硬件组成 激光雷达数据处理过程 激光雷达数据硬件及软件 DEM、DSM、目标提取、测绘电力林业方面
应用的情况介绍
▪本讲内容
▪LiDAR基本工作原理 ▪LiDAR设备及基本数据组成 ▪LiDAR数据处理基本流程 ▪LiDAR数据预处理 ▪DEM生成
遥感传感器成像系统（主/被动）
其次，构建初始拟合 平面；
接着，判断和识别邻近地面激光点，
当拟合点数达6个时，构建地形曲面； 最后，迭代判断地面点，更新地形曲面。
该算法的难点在于种子点的选择以及滤波 阈值的确定。种子点选择不恰当会使得曲 面迭代拟合结果陷入极值，无法得到正确 结果；同时，滤波阈值需要根据地形起伏 自适应地变化，采用比较智能的算法来确 定，否则难以取得较好的效果。
机载激光雷达数据获取技术规范
实用文档
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4. 总则
总则内容和范围的选择
• 通用的原则性的内容没有列于，例如坐标基准。
实用文档
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4. 总则
点云密度
点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理论依shannon 采样定理，即当采样间隔能使在函数g（x）中存在的最高频率中每周期 取有两个样本时，则根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内 插数字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。为使用方便， 表1中5m的数字高程模型格网间距按4m计算，2.5m的数字高程模型格 网间距按2m计算。
实用文档
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4. 总则
点云密度 以1米格网间距为基准：点云密度为4，表示每半米1个点。 假设平均穿透率为50%，则一个格网内有一个点。依次类 推，0.5米格网DEM则应在1米格网DEM对点云密度的基础上 乘4，点云密度为16；2米格网DEM，则应除以4，点云密度 为1；5米格网DEM，4除以16，为0.25。。。
论依据是shannon采样定理，即当采样间隔能使在函数 g（x）中存在的最高频率中每周期取有两个样本时，则 根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内插数 字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。 为使用方便，表1中5m的数字高程模型格网间距按4m计 算，2.5m的数字高程模型格网间距按2m计算。
CH/T XXXXX—XXXX
机载激光雷达数据获取技术规范 培训会
标准编写组
目录
一、一般说明 二、编制原则 三、重点说明 四、内容
一、编制过程一般说明
2009年3月提出标准制定计划、批准立项； 2009年5月成立标准编制课题组； 2010年3月完成讨论稿； 2010年7月完成征求意见稿，发函征求意见； 2010年9月汇总返回意见，修改征求意见稿； 2010年11月完成送审稿
第3讲LiDAR数据获取基本原理(2)1-系统关键技术
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记时误差 如果所接收的激光幅值很低，电压值未调整到 与发射时相同电压值，所记录时间就会过长！ 一般在记时器的前端安置一个放大器进行信号调 整 为避免因激光幅值变化造成记时错误 采用分数鉴别器，代替阈值鉴别器 按信号峰值的比例系数作为记时参照常量
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最大量测距离： 采用激光器发射激光脉冲时要考虑，避免最远 目标所反射的激光束还未返回就发射下 束激光 目标所反射的激光束还未返回就发射下一束激光 需要考虑可能的最大量测距离 与最远的目标有关 地形起伏？
8
关键技术
激光测距技术 全球定位系统技术 球定位 统技术 惯性测量系统技术 高性能二维扫描技术
9
第一节 激光测距 基本原理 本
测量激光往返目标所需要时间，然后通过光速c （ 299792458m/s） 和大气折射系数 计算出距离
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第一节 激光测距
1、信号形式 1）脉冲测距 ）脉冲测距 发射脉冲波 测量脉冲信号往返时间差
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关键技术
激光测距技术 全球定位系统技术 球定位 统技术 惯性测量系统技术 高性能二维扫描技术
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全球定位系统技术
全球定位系统(GPS, Global Position System)： 是一种利用人造地球卫星进行点位测量导航的 是 种利用人造地球卫星进行点位测量导航的 技术。
全称是NAVSTAR GPS( GPS(NAVigation NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) 。
PT p peak
E pulse t pulse
PTav t pulse f pulse
假定脉冲频率为150KHz，脉冲平均功率为 脉冲平均功率为10W， 脉冲宽度为10ns，则发射功率峰值为6670W。 可见 尽管平均功率不大 脉冲激光测距能够产 可见，尽管平均功率不大，脉冲激光测距能够产 生很高的峰值功率；
第5讲LiDAR数据处理(4)1-预处理及点云滤波
投影变换
椭球变换
地方局部坐标系坐标
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投影变换：
Gauss投影 UTM投影 Mercator投影 Lambert投影 Albers投影 ……
返回
30
椭球变换：
七参数法（包括布尔莎模型 七参数法（包括布尔莎模型，一步法 步法 模型，海尔曼特等），即X平移，Y平 移 Z平移， 移， 平移 X旋转， 旋转 Y旋转， 旋转 Z旋转， 旋转 尺度变化K。 三参数（莫洛登斯基模型），即 三参数（莫洛登斯基模型） 即X平移， 平移 Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转， Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参 数只是七参数的一种特例。 ……
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基于LiDAR数据生成DEM的工作包含：
点云滤波 DEM内插 DEM精度分析
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点云滤波定义？ 图像处理、信号处理中，滤波是指对各种噪声 图像处理 信号处理中 滤波是指对各种噪声 的剔除和平滑工作。
LiDAR点云滤波：借用数字信号处理中滤波的 概念 即把地形表面当作信号 而将地物(建筑 概念，即把地形表面当作信号，而将地物(建筑、 树)当作噪声，从LiDAR点云中得到地面点的过程。
a1 cos cos sin sin sin ;
a 2 cos sin sin sin cos
a3 sin cos ;
b1 cos sin ;
b2 cos cos ;
其中，A为旋转矩阵
a1 A b1 c1
第五讲 机载激光雷达数据处理 ——点云预处理及滤波
内容回顾
LiDAR数据获取三个阶段八个方面 ：
第4讲LiDAR工程数据采集
作业高度区间 500-4000
常用航摄飞机
计划准备阶段——飞行准备
申请航飞权、协调航空飞行
飞行任务审批
机场协调 飞行协调
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计划准备阶段——飞行准备
制定项目任务书
在承接航飞任务时，用户单位一般会提交 “项目任务书” 项目任务书 ，一般由甲方提出要求 般由甲方提出要求，双方 双方 技术人员共同拟定
三个阶段八个方面 ：
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计划准备阶段——飞行准备
掌握测区概况
首先应该熟悉实地测区的地形特点和地貌特 征。根据不同的地形条件选择和设计不同的飞 行航线。
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计划准备阶段——飞行准备
选择LiDAR型号
国内主要有ALS、ALTM、LiteMapper pp 、 TOPOSYS等产品，每个产品由于性能和参数 不同，因此选择不同的设备对于航摄设计来说 也是不同的。
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LiDAR数据获取综述
既繁琐又细致的工作，牵扯到许许多多的因 既繁琐又细致的工作 牵扯到许许多多的因 素，需要很多单位和人员的支持和配合 包含了从飞行准备到航线设计，从飞行操作到 数据整理 从设备运输到存储维护等方方面面 数据整理，从设备运输到存储维护等方方面面 与航测外业相关的作业环节
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LiDAR数据获取综述
项目验收
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LiDAR工程需要获取的基本数据 LiDAR工程需要获取的基本数据：
1.定位定向数据（POS数据） 1 定位定向数据（POS数据） 差分GPS数据、IMU数据 2.激光扫描测距数据 测距数据、扫描角度、回波强度图像 3.检校数据：
系统参数（仪器安置参数 Mounting Parameters） 系统参数（仪器安置参数，Mounting 定标数据（Calibration Data）
机载激光雷达数据获取规范讲义
三、重点说明
机载激光雷达检校场及检校飞行方案 检校场，是对机载激光雷达设备的整体进行检校，其中包
括激光扫描仪、POS系统、数码相机及其附属装备。 因为不同的机载激光雷达设备内部结构差异较大，各厂家
所设计或推荐的检校飞行方案、地面控制点布设方案也 会有所不同，本规范给出原则性意见即可，不必提出太 详细的具体要求，故检校飞行方案为推荐方案，可根据 实际情况和不同的机载激光雷达设备在设计书中具体明 确。
数字高程模型数据的生产作业。由于机载激光雷达 测量技术应用在各类工程测量中的精度要求较为多 样化、专业化、差异性大，且多数高于基础测绘生 产的精度要求，故本规范以基础测绘为标准适用对 象，其他性质的测绘工程可以参照本规范，根据工 程项目的具体情况，取更高的精度要求。
三、重点说明
规范性引用文件 本规范所引用的文件，相关部分构成了本规范的一
三、重点说明
POS系统 规定IMU测角精度要求：侧滚角和俯仰角一般不
大于0.007°；航偏角不大于0.02°。在征求 意见稿中规定，侧滚角和俯仰角一般不大于 0.005°，根据生产单位反馈的意见，当侧滚 角和俯仰角不大于0.008°时，就能得到比较 理想的结果，综合考虑后，改为现在的指标。
三、重点说明 系统综合检 系统综合检校主要是确定POS系统与激光 扫描仪、数码相机之间的位置和角度 关系。
2
三、重点说明
对机载数字影像的要求 机载激光雷达系统可以通过数字航摄仪或非量测型数码
相机获取数字影像。GB/T XXXX《数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影》规定了数字航摄仪 数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。CH/Z 3005《低空数字航空摄影规范》规定了非量测型数码 相机数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。本 规范不再重复规定，直接引用这两个标准。
激光遥感课件：机载激光遥感数据获取
機載鐳射遙感數據獲取
4.2.2.1、技術路線
3、技術指標
數學基礎： 平面坐標系統：采用2000國家大地坐標系； 高程基準：采用1985國家高程基準； 投影方式：采用高斯-克呂格投影，3°分帶，東偏500公里， 加帶號
點雲要求： 點雲密度不少於2點/平方米 點雲精度要求、航攝分區的劃分、檢校飛行、覆蓋保證、 旁向重疊、航高保持、航速保持姿態保持、參考面、補飛 或重飛
4.
、航攝季節與時間
5.
、數據質量保證
6.
、補攝與重攝
機載鐳射遙感數據獲取
1. 、綜述 2. 、計畫準備 3. 、航飛實施 4. 、數據整理
機載鐳射遙感數據獲取
3. 、航飛實施
1. 、設備管理 2. 、設備安裝和調試 3. 、基站架設及地面配合 4. 、飛行操作及數據採集
機載鐳射遙感數據獲取
4.3.1、設備管理 1 設備存儲環境要求 防塵防灰、防潮與驅潮、防熱與排熱、防腐蝕 2 設備日常維護 3 設備運輸條件要求及注意事項 4 設備使用安全
機載鐳射遙感數據獲取
2、氣候特徵 測區2011-2017年曆史天氣情況均值
月份 6月份 7月份 8月份 9月份
晴天（天數） 多雲（天數） 陰雨（天數）
1
7
22
1
8
22
3
11
17
4
12
14
機載鐳射遙感數據獲取
4.2.1.1、測區概況 2、空域特點 本測區空域由**戰區負責審批，航攝飛行業務由民 航**地區管理局負責管理。 測區內部及周邊機場較密集，其中大型民用機 場： ……等；通航機場有： ……等。 **戰區司令部和**艦隊司令部分別位於**，轄區內 軍事飛行比較多；測區周邊航班活動繁忙，航班數量大 會給航攝實施空域協調造成一定困難。
第3讲LiDAR数据获取基本原理(2)3-数据格式技术对比
第三讲机载激光雷达数据获取基本原理——参数及数据格式常用商业LiDAR系统性能指标▪Leica公司LiDAR设备▪Optech公司LiDAR设备▪Riegl公司LiDAR设备Leica公司LiDAR设备Leica公司简介创建于1819年总部位于瑞士Heerbrugg，在瑞士证券交gg易市场挂牌上市Leica ALS系列Leica ALS50-II部件L i ALS50II▪激光扫描仪长56cm、宽37cm、高24cm、重30kg▪操作与控制终端（计算机）控制宽▪电源控制器长47cm、宽45cm、高36cm、重40kg▪CCD相机DSS，130万像素（1280×1024）▪波形记录器▪其它设备，包括：连接电缆、控制/显示器等。
Leica ALS50-II参数▪扫描模式：摆镜（线扫描）方式▪°最大扫描角度：75▪最大扫描频率：90HZ▪最大发射频率：150KHZ▪最大发射频率的范围：150KHZ<550m；100KHZ<800m；50KHZ<1800m50KHZ1800▪激光器安全等级：四级▪POS系统：Applanix 510（美）、Honeywell（加）Leica ALS50-II精度▪高程精度：0.11m (500m)、0.15m (1000m)、0.13m (2000m)水平精度：0.11m (500m)、0.11m (1000m)、0.24m (2000m)▪0.11m(500m)0.11m(1000m)0.24m(2000m)▪垂直分辨率：2.8m▪回波次数：4▪数据采集高度：200－6000mLeica ALS50-II其他参数▪温度：0－40°，配有恒温控制▪存储器容量：300GB，可满足17小时飞行记录▪具有滚动补偿装置▪年产量：1214台－Leica ALS50-II数据处理▪POS系统是Leica IPAS10-CUS6。
它包括控制单元、GPS接收机及其天线，IMU和相应的软件。
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规范不再重复规定，直接引用这两个标准。
三、重点说明
POS系统
规定IMU测角精度要求：侧滚角和俯仰角一般不
大于0.007°；航偏角不大于0.02°。在征求 意见稿中规定，侧滚角和俯仰角一般不大于
0.005°，根据生产单位反馈的意见，当侧滚 角和俯仰角不大于0.008°时，就能得到比较 理想的结果，综合考虑后，改为现在的指标。
数码相机 系统综合检校 机载激光雷达检校场及检校飞行方案 技术设计
5. 技术准备：仪器设备
激光扫描仪
• 根据作业区域的地形条件，以及成果对点云 数据密度及精度的要求，选择适宜的激光扫 描仪，并确定回波次数、扫描角度、扫描频 率等相关参数； • 激光测距精度和扫描测角精度经过检校； • 系统零点位置经过检校。
网间距按2m计算。
4. 总则
点云密度
以1米格网间距为基准：点云密度为4，表示每半米1个点。
假设平均穿透率为50%，则一个格网内有一个点。依次类 推，0.5米格网DEM则应在1米格网DEM对点云密度的基础上 乘4，点云密度为16；2米格网DEM，则应除以4，点云密度
为1；5米格网DEM，4除以16，为0.25。。。
三、重点说明
系统综合检
系统综合检校主要是确定POS系统与激光 扫描仪、数码相机之间的位置和角度 关系。
三、重点说明
机载激光雷达检校场及检校飞行方案
检校场，是对机载激光雷达设备的整体进行检校，其中包 括激光扫描仪、POS系统、数码相机及其附属装备。 因为不同的机载激光雷达设备内部结构差异较大，各厂家
数字航摄仪获取的数字影像，飞行质量和影 像质量应符合《GB/T XXXX数字航空摄 影规范第1部分：框幅式数字航空摄影》
的规定；非量测型数码相机获取的数字影 像，飞行质量和影像质量应符合CH/Z 3005的规定。
5. 技术准备
资料准备
仪器设备
• • 激光扫描仪 POS系统
•
• • •
地面GPS接收机
g（x）中存在的最高频率中每周期取有两个样本时，则
根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内插数 字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。
为使用方便，表1中5m的数字高程模型格网间距按4m
计算，2.5m的数字高程模型格网间距按2m计算。
三、重点说明
点云精度要求
息数字成果 1:500 1:1000 1:2000 数字高程模型》和CH/T 9009.22010《基础地理信息数字成果1:5000 1:10000 1:25000 1:50000 1:100000数字高程模型》规定的一级精度。点云数据高程中误差按数
数字高程模型数据的生产作业。由于机载激光雷达 测量技术应用在各类工程测量中的精度要求较为多
样化、专业化、差异性大，且多数高于基础测绘生
产的精度要求，故本规范以基础测绘为标准适用对 象，其他性质的测绘工程可以参照本规范，根据工 程项目的具体情况，取更高的精度要求。
三、重点说明
规范性引用文件
本规范所引用的文件，相关部分构成了本规范的一 部分。GB/T XXXX《数字航空摄影规范 第1部
1.00
0.25 0.35 0.85 1.00 0.35 0.85 1.75
3
1：2000
丘陵地 山地 高山地 平地
4
1：5000
丘陵地 山地
高山地
平地
4.0
0.5 1.2 2.5 5.0
2.80
0.35 0.85 1.75 3.50
5
1：10 000
丘陵地 山地 高山地
4. 总则
• 对数字影像的要求
字高程模型成果高程中误差的0.7倍计算后近似取为0.5的整倍数。0.7
倍的依据按以下推得：设数字高程模型成果高程中误差为M，其误差源 自点云数据高程中误差M1和内插中误差M2，由误差传播公式得 M= M 12 得到M=
M 22
，考虑到M2一般较小，最大也不会超过M1，则取M2=M1， 2 2 M1，则M1= 2 M≈0.7M。
5. 技术准备：仪器设备
机载激光雷达检校场及检校飞行方案
• • • •
机载激光雷达检校场的要求 可以采用的检校飞行方案 检校场地面控制点布设及测量要求 检校报告应包括的内容
5. 技术准备：技术设计
技术设计应包含以下主要内容：
飞行计划，如制定飞行计划、选择飞行季节和时间、设计航线和分 区、制定地面基站布设方案等； 飞行实施，如飞行准备、检校飞行、飞行中航高要求、飞行速度要 求、飞行姿态要求以及补飞和重飞的要求等； 地面基站的设计，如基站选址要求、基站布设要求等； 数据预处理，如对原始数据的整理、POS数据处理、点云数据解算 以及航带拼接提出要求； 数据质量检查，如检查范围、检查项目、补飞和重飞的具体要求等 ； 成果提交，如成果数据的提交方法、提交内容等。 技术设计应满足本规范规定的各项技术要求，特殊情况不能达到时 应明确说明原因，并通过项目组织管理部门的审核批准； 技术设计的编写要求及主要内容应符合CH/T1004的规定。
分：框幅式数字航空摄影》和GB/T XXXX《惯 导与全球定位系统（IMU/GPS）辅助航空摄影技
术规范》已形成送审稿，GB/T XXXX 《惯性测 量单元（IMU）检定规程》已完成征求意见稿。
三、重点说明
点云密度要求
点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理 论依据是shannon采样定理，即当采样间隔能使在函数
序号
比例尺
地形类别
数字高程模型成果高程中误差
点云数据高程中误差
4. 总则
平地 1 1：500 丘陵地
0.2 0.4
0.15 0.25
山地 高山地
平地
0.5 0.7
0.2 0.5 0.7
0.35 0.50
0.15 0.35 0.50
2
1：1000
丘陵地 山地
高山地
平地
1.5
0.4 0.5 1.2 1.5 0.5 1.2 2.5
6. 飞行计划
飞行计划制定 飞行季节和飞行时间选择 航线设计与分区 基站布设与测量
6. 飞行计划 :飞行计划制定
（1）对于机载激光雷达点云机场、飞行区域和飞行面积（飞行范围应以经纬度和图幅号 略图表明）； 需要提供的飞行资料的名称和数量； 执行飞行任务的季节和期限； GPS信号和有效卫星数要求； 机载激光雷达点云数据密度要求； 航线敷设、航线重叠度； 机载激光雷达设备类型、技术参数和附属仪器参数； 需提供的航摄成果的名称和数量； 点云数据高程/平面精度的要求； 点云数据精度检测要求； 其他相关的技术要求等。
中 华 人 民 共 和 国 行业 标 准
CH/T XXXXX—XXXX
机载激光雷达数据获取技术规范 培训会
标准编写组
2012.06.29
目录
一、一般说明 二、编制原则 三、重点说明 四、内容
一、编制过程一般说明
2009年3月提出标准制定计划、批准立项； 2009年5月成立标准编制课题组；
点云密度
点云密度按不大于1/2数字高程模型成果格网间距计算的理论依shannon
采样定理，即当采样间隔能使在函数g（x）中存在的最高频率中每周期 取有两个样本时，则根据采样数据可以完全恢复原函数g（x）。点云内 插数字高程模型，其实质为重采样，应符合香农采样定理。为使用方便， 表1中5m的数字高程模型格网间距按4m计算，2.5m的数字高程模型格
2010年3月完成讨论稿；
2010年7月完成征求意见稿，发函征求意见； 2010年9月汇总返回意见，修改征求意见稿； 2010年11月完成送审稿
2011年2月25日完成审查
一、编制过程一般说明
本标准起草单位：陕西测绘地理信息局、长安大学、武汉 大学、北京东方道迩信息技术有限责任公司、南京市测绘 勘察研究院有限公司、中国公路工程咨询集团有限公司。 征求意见的单位很多，包括部分省测绘地理信息局、省国 土厅、中交/中铁/中咨测绘部门、海军测绘研究所、以及 多个装备机载LiDAR设备并具有大量实际使用经验的公司。
2 M≈0.7M。 2
得到M=
2 M1，则M1=
三、重点说明
对机载数字影像的要求
机载激光雷达系统可以通过数字航摄仪或非量测型数码 相机获取数字影像。GB/T XXXX《数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影》规定了数字航摄仪
数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。CH/Z
3005《低空数字航空摄影规范》规定了非量测型数码 相机数字影像的飞行质量和影像质量的技术要求。本
•
• •
• • •
•
5. 技术准备：仪器设备
地面GPS接收机
• • • • • •
地面GPS接收机应与机载GPS接收机性能匹配； 类型应为双频GPS接收机，满足高频采样率要求 ，采样频率不低于2Hz； 具有带抑径板或抑径圈的GPS接收天线，并具有 良好的抗干扰能力； 电源应能满足长时间不间断工作； 配备能满足满架次飞行作业所需地面观测数据存 储要求的存储器； GPS接收机的检定应符合CH/T 8016的的规定。
5. 技术准备：仪器设备
POS系统
• 应采用双频航空型GPS接收机，具备高动态、高准确度双频数 据接收能力，具有精确定义和稳定的相位中心，采样频率不低 于2Hz； IMU测角精度要求：侧滚角和俯仰角不大于0.005°；航偏角 不大于0.02°； IMU记录频率一般不低于64Hz； 具有信号示标输入器（Event Marker）接口，能够将数码相 机快门开启脉冲通过接口准确写入GPS数据流，脉冲延迟一般 不大于1ms，特殊情况下可适当放宽； 电源系统应满足长时间无间断作业要求； 机内移动存储器应满足长时间记录和存储所有数据的容量； GPS接收机的检定应符合CH/T 8016的的规定，IMU的检定 应符合《GB/T XXXX 惯性测量单元（IMU）检定规程》的规 定； 系统具有良好的抗加速能力。